CN1043443C - 图像影调变换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将连续影调原稿图像制成网点影调印刷图像等复制图像时的密度影调变换技术。特别是，为了由任何质量的原稿图像都能制成标准图像质量的复制图像，在将原稿图像的密度特性变换为可表示规定的个别密度特性曲线和基准原稿的密度特性的基准密度特性曲线时，用数字方法使其相匹配，将匹配后调整好的密度信息值按照特定的影调变换式予以处理并进行影调变换。

Description

图像影调变换方法

本发明涉及从绘画、黑白照片或彩色照片等印刷用原稿或复印用原稿上以及从摄像管或电荷耦合器件上存储的有关被摄物的图像信息(以下将它们统称为原图像)出发，制成印刷图像之类硬图像或显像管(视频)图像之类软图象(利用光线显示的一次性图像)等(以下将它们统称为复制图像)时，也即由原图像制成复制图像时，新密度域方面的图像特性变换处理法及利用该方法的设备。

更具体地说，制作复制图像时即使原稿图像密度域内的密度特性(下文称为“图像质量特性”)为非标准的，但可以将它预先调整到标准密度特性上，然后，根据新规定的“影调变换式”，处理上述的调整后的密度特性信息，经常利用稳定地获得所要求质量的复制图像的图像影调变换方法和上述的图像影调变换方式，由有关设备来制作各种复制图像。

由原图像制成复制图像时“图像影调变换技术”中，对于能使原图像的影调和色调再现性良好，或者对于能变换出具有所期望图像质量的复制图像，这样的基础技术目前尚未确立。

换言之，关于原图像的复制图像上影调和色调的再现，或者形成具有所期望图像质量的复制图像方面，其基本的“图像密度域内非线性变换处理技术”尚完全依赖于人们的经验和直觉，这是不科学的和不合理的。

这里所说的“图像密度域内非线性变换处理技术”(以下称为“图像密度域内的变换处理技术”，或简称为“图像影调变换处理技术”)，它与空间域内的图像处理、空间频率域内的图像处理、根据所给图像按统计方法的图像处理、或者与所给图像的图形解析等有关的图像特性的处理技术，是完全不同领域的技术，而属于上述诸图像处理技术之基础的技术。

在图像影调变换处理技术中，不管原稿图像的特性如何，也不管该技术的构成和措施如何，重要的是，以1∶1变换原稿图像的影调，并且得到的复制图像的影调对人眼视觉来说可看到具有自然的、合适的密度层次，这是在作成复制图像时图像影调变换处理技术的核心、基础和基本依据。

然而，在现在的图像密度域内的变换处理技术(图像影调变换处理技术)完全依赖于人们的经验和直觉，而且难以做到将它改造成为科学的、合理的技术体系。为此，根据先有的图像影调变换处理技术而得到复制图像的、具体的机械、装置、部件等，或将它们组合而得到的系统技术和系统机械、装置等，在其复制图像上原稿图像的影调的再现性当然不好，而它的构成具有不必要的复杂化、高级化、在制造成本、使用方便性、修理和维护等方面都存在问题。

为此，这就是在图像特性的影调变换处理技术中不能确立科学的、合理的基础技术以使原稿图像的影调以1∶1地变换成为复制图像的根本原因。″

看一下稍为具体的一些技术，例如考察一下原图像为彩色胶片原稿，制成印刷图像这种复制图像时的情况。一般并不能合适地掌握好从原稿图像上最亮部分到最暗部分的密度特性，尽管在作成印刷图像的情况下必须借助于从连续影调的原稿连续图像到网点影调的印刷图像而设定的色分解特性曲线(也称为“网点影调特性曲线”)来变换影调，但如上所述影调变换完全依赖于人们的经验和直觉。

因此，关于图像影调变换处理的各种问题，更具体地说就是下列一些问题：制成印刷图像时对非标准图像质量的彩色胶片原稿进行分色的各种问题：随着彩色复印机等数字图像处理装置的功能扩展，使软件和硬件机构复杂化的问题：照相图像印制中曝光量控制机构的性能有限制的问题：电视图像方面亮度图像质量调整性能的提高方法问题；激光印刷机、喷墨印刷机、热感印刷机等在操作上具有规则性的平滑影调的二值(网点影调包含有多值)图像制成问题；低照度情况下克服摄影过程所需时间和摄影机结构上有限制的问题；应用图像来作各种检验和控制装置时的结构简化问题；减少图像信息传送量的问题；图像处理装置方面一般的结构简化、性能提高和成本降低问题；等等。所有这些问题的根源，基本上在于对原图像没有合适地掌握好其最亮部分到最暗部分的密度特性，以及使原图像和复制图像两个图像相关的装置和方法仍依赖于人们的经验和直觉。

本发明者们具有以下的基本认识：关于由原图像制成复制图像时采用的、现今图像密度域中的影调变换处理技术，人们对原图像，例如制成印刷图像这种复制图像时用的照相原稿，还没有合适地掌握好其最亮部分到最暗部分的密度特性；并且，对于图像影调变换处理基础的两个图像(原稿图像和复制图像)间与影调特性有关的装置、方法仍依赖于人们自己的经验和直觉。

根据这种基本认识，以前本发明者们为使上述密度域中的图像影调变换技术科学化和合理化，曾提出过利用特定的影调变换式来

使上述两个图像的影调特性相关的方案(参照日本昭和62-148912号专利公报、日本昭和63-114599号专利公报)。

但是，本发明者们向来的研究结果发现，根据上述特定的影调变换式所作的图像影调变换处理技术，在用扫描器对标准图像质量的彩色胶片原稿进行分色以制版或进行其他的图像处理时，它都是极为有效的；然而，对非标准图像质量的彩色胶片原稿等就不能合理地适应了。也就是说，为了从这种非标准图像质量的原稿上制成所期望图像质量的复制图像，必须进行试验。

本发明的目的在于，提供出这样的图像影调变换法，即原图像密度域中图像特性无论是标准的或是非标准的，都不会影响其图像特性，而总可以确实地制成具有所期望图像质量的复制图像。

概括地说，本发明涉及对原稿图像进行影调变换以制作出复制图像的影调变换方法，所述的影调变换方法其特征在于：

(ⅰ)规定出原稿图像上最亮部分密度值(Hn)和最暗部分密度值(Sn)以及达到所述最亮部分密度值(Hn)-最暗部分密度值(Sn)范围的个别密度特性曲线fD_n(x)，其中，在所述个别密度特性曲线fD_n(x)中，x值表示与原稿图像和复制图像的密度值(D)有关的曝光量等物理量；

(ⅱ)规定了适合于人眼视觉的为了制作适当图像质量的复制图像为基准所使用的基准原图像的最亮部分密度值(H_o)和最暗部分密度值(S_o)以及达到所述的最亮部分密度值(H_o)-最暗部分密度值(S_o)范围的基准密度特性曲线fD_o(x)；

(ⅲ)在将所述的个别密度特性曲线fD_n(x)调整于所述的基准的密度特性曲线fD_o(x)的同时，求出与原稿图像上任意像素点(n点)的密度信息值所对应的基准原稿图像上调整后的密度信息值(D_o)；

(ⅳ)根据上述求得的与原稿图像上任意像素点(n点)的密度信息量(D_n)所对应的基准原稿图像上调整后的密度信息量(D_o)，应用下面的“影调变换式”在密度域内进行图像的影调变换：

y=y_H+(α/(α-β))·{1-10^{-k〔Do-Ho〕}}·(y_S-y_H)

这里，对于上述“影调变换式”中的各符号定义如下：〔D_o-H_o〕：基本密度信息值，等于与原稿图像上任意像素点(n点)密度信息值(D_n)所对应的调整后密度信息值(D_o)与基准原稿图像最亮部分密度值(H_o)之差值；

y：与原稿图像上任意像素点(n点)对应的复制图像上的影调强度值；

yH：在复制图像上最亮部分设定的所要求的影调强度值；

yS：在复制图像上最暗部分设定的所要求的影调强度值；

α：为显现复制图像所用的基底材料的表面反射率；

β：由β=10^-γ求出的数值；

k：由k=γ/(S_o-H_o)求出的数值；

γ：任意系数。

在本发明的上述“影调变换式”中，虽然按上述定义可理解(D_o-H_o)值，但因为D_o值是对应于原稿图像上任意像素点(n点)的密度信息值(D_n)的调整后基准原稿图像上的密度信息值，所以(D_o-H_o)是变量。

下面，对本发明的构成作详细说明。

(ⅰ)本发明中对上述影调变换式的研究过程

首先，说明本发明出对影调变换式的研究过程。如上所述，本发明者们先前已制成印刷图像复制图像时的图像影调变换法提出了方案(参照日本昭和62-148912号专利公报)。

在那里，本发明者们为了从图像影调变换处理技术中排除人们的经验和直觉，提出了以下的建议：在确定作为该技术基础的原图像与复制图像两图像间图像特性的相互关系时，要利用能科学地且合理地确定其相互关系的特定的变换式来进行图像影调变换作业。

本发明在技术构成上比以前提出的图像影调变换处理技术具有更一般化的关系，但以前提出的、在影调变换时所用变换式的推导过程，对于深刻理解本发明的技术构成是有用的。

因此，首先说明以前提出的制成印刷图像等复制图像时在图像影调变换中所用的变换式的推导过程。并且，这里以复制图像的最适当代表例子即多色印刷图像的制成为对象来进行说明。

众所周知，在制作印刷物的功序中，使用照相制版照相机等从连续影调式彩色照相原稿上制作出网点影调式印刷图像时，或者使用电子分色装置(单色扫描器、彩色扫描器)对彩色照相原稿进行分色作业时，必须将原稿图像的影调从连续影调式变换到网点影调式。

此时，必须注意以下各点。

对于网点影调式图像的印刷图像来说，有以下情况：

·显现印刷图像中密度影调的具体构成要素，是网点面积和油墨反射密度二者。

·从经验上，关于上述的油墨反射密度要素，当使印刷版上最亮部分H和最暗部分S中的网点正确地再现在印刷纸上而进行印刷时，也即在所谓的合适印刷条件下时，在印刷机上可以加减的油墨量应是以适当油墨量为准的约±10％范围(根据具体情况，为了提高图像质量或改善油墨文字，对于黑板也可加减约±2.0％)，但油墨量使影调和色调发生变化的程度应较小。

。从经验上，对于网点向积1％的差异，人眼视觉也能容易识别出其密度差，人眼识别精度比密度计还高，而在制版和印刷作业工序中，同一网点的面积变动量可达百分之几十。

对于“·”所给出的网点群(网点配置)，由变化油墨涂布量来改变印刷图像层次(影调或色调)的能力，与在给出油墨涂布量的基础上由变化网点大小来改变印刷图像层次的能力相比较，是很小的。

考虑到上述的客观事实和经验规律，可以知道在制作网点影调式图像的印刷图像时，对网点面积的控制是极为重要的。

此外，与上述情况相关联，在照相制版作业中具有下述一些事实：原稿图像的质量是千差万别的；照相制版作业中相继的印刷图像制作工序是多种多样的，并且各个工序具有各自工序的作业特点；显现印刷图像的印刷纸等基体材料和印刷油墨等着色材料的特性是多种多样的；以及印刷物订购者对印刷图像的质量评价标准是各不相同的。

因此，为了顾及这些与照相制版和印刷有关的，既复杂又不稳定的因素，必须采取下述手段来解决，即对于彩色胶片等连续影调式图像的制版用原稿图像，在将它们变换成网点影调式图像的印刷图像时，对制成的网点影调式图像(印刷图像)中最亮部分的最小网点(y_H)和最暗部分的最大网点(ys)，应能任意选定所期望的值，并且可将最亮部分到最暗部分的图像影调合适面简单地设定和控制在所期望的影调上。

基于这样的考虑，本发明者们从理论上并与实际制版相结合地推导出了下面所列的变换式。此外，这里要提醒注意，在制成印刷图像时所用的下面的变换式，乍一看与本发明影调变换式似乎相同，但式中各项的意义和数值有重大的差异。关于这一点在以后叙述，现在进一步说明下列变换式的推导过程。

变换式为 $y=y_H+\frac{\mathrm{\α}(1-{10}^{-K^X})}{\mathrm{\α}-\mathrm{\β}}\·(y_s-y_H)$ 式中，x：原稿图像上任意取样点x的基础密度值，即图像上任意取样

点x的密度值与同一图像上最亮部分H的密度值之差：y：印刷图像上与上述取样点x对应的y网点所占网点面积的百分率值：y_H：对印刷图像上最亮部分H设定的、所期望的任意大小网点

所占网点面积百分率值；y_S：对印刷图像上最暗部分S设定的、所期望的任意大小网点

所占网点面积的百分率值；

α：印刷纸的反射率；

β：印刷油墨的表面反射率；

K：(印刷图像密度域)/(原稿图像密度域)。

制作上述网点影调式印刷图像中，求算所用网点面积百分率值(y)时使用的变换式，是由一般确认的密度公式(照相密度、光学密度)也即下式中推导出来的：

D=logI_o /I=log l/T

I_o=入射光量

I=反射光量或透射光量

T=I/I_o=反射率或透射率

将关于密度D的一般公式应用于制版和印刷中时，有以下形式：

制版和印刷中的密度 $\left(D^{\′}\right)=\log \frac{I_0}{I}$

$=\log \frac{\mathrm{\αA}}{\mathrm{\α}\[A-(d_1+d_2+\·\·\·d_n)]+\mathrm{\β}(d_1+d_2+\·\·\·d_n)}$

式出，

A：单位面积

d_n：单位面积内各个网点的面积

α：印刷纸的反射率

β：印刷油墨的表面反射率

本发明的上述变换式是如下地推导出来：在该制版和印刷方面的密度公式( D′)中，将上述连续影调图像上任意取样点的基础密度值(x)和与之对应的网点影调图像上取样点网点的网点面积百分率值(y)关联起来，组编进此关联方面的要求，使理论值与实测值近似一致。

将上述变换式应用于印刷图像制作中的图像影调变换法时，以印刷纸的反射率(α)、印刷油墨的表面反射率(β)和(印刷图像密度域)/(原稿图像密度域)比值(K)等数值为基础，在设置印刷图像的H和S后，任意选定所期望的网点大小(y_H,y_S)，同时，根据原稿图像上任意取样点(x)的基础密度值(x)求出印刷图像上对应的取样点(y)网点的网点面积百分率值(y)。

于是，可将原稿图像(连续影调图像)的密度影调以1∶1逼真地再现在印刷图像(网点影调图像)上。

另外，在多色制版〔一般以青色(C)、品色(M)、黄色(Y)和黑色(BL)四种版作为一套〕的情况下，若能确定基准版(众所周知，多色制版时青色版(C)为基准版〕的工作基准特性曲线，也即将原稿图像的密度信息值变换成印刷图像的网点面积值中形成的基准网点影调特性曲线，则其他色版的网点影调特性曲线总可通过这样的方法合适地确定出，即对基准版的y值乘上以印刷油墨各色的白平衡比为基础的适当的调整值。也就是说，若根据上述的变换式进行图像影调变换，则可对多色印刷中印刷图像的影调和色调合理地进行调整和控制。

采用上面那样求出的变换式时，可摆脱以往的依赖于人们经验和直觉的图像影调变换法，从而能合理地进行图像影调变换，并且对于与影调具有密切不可分关系的色调，也可合理地进行变换。这是本发明者们以前提出的方案的内容。

但是，在后来的研究过程发现，上述变换式的运用有一定的限制。

其限制在于，若原稿图像为非标准质量的，特别是质量极差时(例如，照相时曝光过度或不足的图像)，将不能充分适应。

为了有效地适应于这样的限制情况，本发明者们另外引入了γ值提出了规定上述变换式中β值和K值方法的方案(参照日本昭和63114599号专利公报)：但由于确定γ值本身时需要反复进行试验，所以此方法不够完善。因此，若能确立使γ值本身常数化的图像影调变换处理技术，对于图像处理的自动化和简便化是极为重要的。当然，在这样的影调变换处理技术中，当希望改变印刷图像质量时，对γ值应能采用常数值以外的其他规定值，以确保所谓的灵活性，这是不言而喻的。

(ⅱ)采用本发明的影调变换式进行的图像影调变换处理

采用本发明的影调变换式进行图像影调变换处理时，不论原稿图像的质量是标准的还是非标准的，与原稿图像的质量如何无关，均能有效地适应，从而总可以稳定地得到具有所期望图像质量的复制图像(印刷图像)。

将上述(ⅰ)项中说明的、本发明者们以前提出的变换式，就运用上的问题和限制情况加以整理时，有以下两点：

(a)原稿图像的密度特性曲线(对于彩色胶片原稿，它是表明为形成图像密度所加的物理处理量，也即曝光量与形成的图像密度间相互关系的曲线)为直线或准直线时，可以科学而合理地实现图像影调变换；但是，在其他的情况下(如上所述，这种情况属于正常状态)其有效性有限制。

(b)对于如下的技术构成，即首先将制版厂等收到的原稿图像的密度特性曲线(以下称为个别密度特性曲线)调整成为制成所期望的任意图像质量的印刷图像时所需的基准密度特性曲线(以下称为基准密度特性曲线)，然后根据调整后的密度信息来运用变换式；这样的技术构成，在这里没有采用。

"如上所述，虽然在先前提出的图像影调变换处理技术中，理解原稿图像的特性内容也即具体地密度特性曲线(个别密度特性曲线)，但对此还缺乏合理规定的措施。

制作印刷图像时，将具有千差万别的图像质量的原稿也即具有千差万别的密度特性的原稿作为输入稿，由于在处理时都采用了常态，因而为了确立合理的影调变换处理技术而补完上述的缺乏部分是具有重大意义的。

考虑到以上两点时可以知道，在图像影调变换处理中，认明原稿图像的质量如何，具体说即其密度特性曲线(个别密度特性曲线)如何，并对其进行合理的规定，是很重要的。

本发明者们注意到，为解决这个问题，对于彩色胶片原稿，其照相感光材料的密度特性曲线(上述的曝光量与感光密度间相互关系的曲线，以下称之为基本密度特性曲线)在显影处理条件恒定时(显影条件应恒定且稳定，是本行业中众所周知的)只存在一条曲线。也就是说，在照相感光材料的基本密度特性曲线上，对所给原稿图像的最亮部分和最暗部分特别规定出二个密度值后，便可规定出所给原稿图像的个别密度特性曲线。此外，上述情况除了适合于得到印刷图像时的原稿图像外，对于制成其他复制图像，即制成静电图像。激光拷贝图像和喷墨图像等的硬图像和软图像时的原图像，也同样适合。

由彩色胶片原稿图像制成印刷图像时，对于包含有最亮部分密度值(H)和最暗部分密度值(S)这种基础值的上述基本密度特性曲线，最好使用由照相感光材料厂作为技术信息提供给用户的资料。作为该基本密度特性曲线的一个例子，可以采用后面所述的实施例中图1所示的曲线。关于该基本密度特性曲线的图像信息，不论硬图像形态或软图像形态均可。

包含有原稿图像中H和S的密度的个别密度特性曲线，如果是合适地规定了的，例如不限于上述的照相感光材料厂所公布的照相感光材料基本密度特性曲线，则不论是硬图像信息或软图像信息，什么样的技术信息都可以。

本发明中，在运用上述的影调变换式时，必须将上述的个别密度特性曲线调整成为制成所期望适当图像质量的复制图像时作为基准的原稿图像密度特性曲线，即调整成为基准密度特性曲线。

下面，对上述基准密度特性曲线的规定进行说明。

一般根据某种图像处理技术，对于总能稳定地制成所期望图像质量的复制图像来说作为基准的原稿图像基准密度特性曲线，它规定出了上述基本密度特性曲线上所定的范围。这时，不言而喻，在基本密度特性曲线上，基准密度特性曲线与上述的个别密度特性曲线具有不同的范围(这种状况示于后面所述的图2中)。

但是，本发明中，即使不在基本密度特性曲线上求出基准密度特性曲线，在制成具有所期望图像质量的复制图像时，也可以采用具有其他密度特性的曲线。

也就是说，上述基准密度特性曲线除了可在基本密度特性曲线上所定范围内作出规定外，也可就直线的密度特性曲线或具有直线部分和曲线部分的密度特性曲线作出规定。更具体地说，现在技术的常用方法中，具有标准图像质量的彩色胶片原稿图像的密度特性曲线，也可作为基准密度特性曲线，此外，考虑到用户的爱好、扫描器的特性、从胶片到制版材料的网点转移率、印刷中的点增益及图像的性质和使用目的等，最好是任意设定曲线的形状和曲线的数目。

下面，对上述两个密度特性曲线的调整方法进行说明。

在上述二条曲线即个别密度特性曲线和基准密度特性曲线能做到用函数表示的情况下，可以借助于将个别密度特性曲线进行数学处理成为基准密度特性曲线，来进行调整(对此，调整两条曲线或是不这样做，这两种情况将在后面详细说明)。当使这个密度特性曲线与基准密度特性曲线相匹配时，例如在基本密度特性曲线上，分别规定出包含最亮部分密度值(H_o,H_n)和最暗部分密度值(S_o,S_n)的基准密度特性曲线和个别密度特性曲线时，在实现两个曲线的匹配和调整中，如上所述，由于基本密度特性曲线是用函数规定的，所以只要进行数学处理或以数学处理为基础的图像处理，就可做到，图像影调变换完全合适。其数学处理的方法和手段可以设想多种，但最好选用最经济而又简便的一种。此外，将个别密度特性曲线调整成基准密度特性曲线时用的结构、手段和方法，除了上述的数学处理方式之外，还有电子技术处理方式、表格参照方式、按变换法进行变换的机械处理方式等，可以采用其中任一种调整方法。

如上所述，以采用本发明的上述影调变换式为前提，在规定原稿图像质量的个别密度特性曲线的同时，要设定出能满足必要条件〔指制成具有所期望图像质量的复制图像(印刷图像)所需的条件〕的基准密度特性曲线；若将这两个曲线用数学处理等合适的方法结合起来，则不论原稿图像是否为标准质量的图像，都可将上述影调变换式中的γ值常数化，从而总可确切地由任何质量的原稿图像限成具有所期望图像质量的复制图像。可将γ值常数化这件事的意义(如前所述，要任意改变印刷图像的质量时，需确保对γ值所规定的值有灵活性)是重要的。这意味着可将上述影调变换式中的各项几乎都做到常数化，从而影调变换式计算及其所用的机构都可以简化。

下面，对本发明的上述影调变换式在运用方面的特点进行说明。

在本发明的上述影调变换式的运用中，所谓密度信息值，可从广义上进行解释，只要是反映原图像(如前面所述，本发明不限于制成印刷图像时的彩色照相原稿)各像素密度方面的物理量就可以。作为同义语，有反射密度、透射密度、亮度、电流、电压值等。

在应用本发明的上述“影调变换式”时，(y)值一般称为“影调强度值”。但在复制图像为印刷图象的情况下，如上所述，(y)值称为“网点面积％值”，对于作为常数的(y_H)值和(y_S)值，由所希望的网点面积％值来设定。

在本发明的上述影调变换式的运用中，本来是应用如下的变型形式，但也可自由地作任意的处理、变型、推导等后再予以应用。y=y_H+E·{1-10^{-k〔Do-Ho〕}}·(y_S-y_H)式中， $E=\frac{1}{1-\mathrm{\β}}=\frac{1}{1-{10}^{-\mathrm{\γ}}}$

在上述的变型例子中，α=1。例如，这是将显现印刷图像用的印刷纸(基体材料)的表面反射率设定为100％。α的值本可取任意的值，但实际上取1.0也可以。这一点，对于视频图像等的亮度图像也是适用的。

此外，若根据上述的变型例子(α=1.0)，可以按预定数值来设定印刷图像上最亮部分H的y_H和最暗部分S的y_S，这是本发明的一大特点。这一点，可从下述情况了解到：即根据定义，复制图象(印刷图象)上最亮部分H中(D_o-H_o)=0最暗部分S中(D_o-H_o)=(基准图像密度域)时，即

时，便得到

-Ko〔( D_o-H_o)〕=-γ。

这样，在利用本发明的影调变换式(α=1的变型例子)时，总可以在印刷图像上设定预定的y_H和y_S，这对使用者研究作业结果是极为重要的。例如，对印刷图像的y_H和y_S设定所期望的值，并使γ值变化(但α=1.0)时，可得到各种多色制版时的作业基准特性曲线，也即分色特性曲线(这亦可称为网点影调特性曲线)。于是，利用与γ值的关系，能方便地评价根据分色特性曲线所得到的印刷图像。

此外，以本发明的上述影调变换式为基础的图像特性变换处理法，对于原稿图像影调和色调的再现，也即将原稿图像的影调和色调以1∶1再现在复制图像(印刷图像)上，是极为有用的，且其有用性不仅限于此。本发明的上述影调变换式除了在原稿图像特性逼真的再现性上极为有用之外，还能通过对α、β、γ值(又，与β和K值不同，所用的γ值可以是相同的或不相同的)特别是y_H、y_S值的适当选择，合适地变更和修改原稿图像的特性。在本发明中，应如此广义地来理解图像特性变换。

至此，已经说明了本发明的上述影调变换式的运用，特别是制成印刷图像时有关的运用，但其应用面并不限于印刷图像的制成方面。

也就是说，本发明的影调变换式的应用面有以下一些方面：

(ⅰ)对于已详细说明过的凸版、平版、网点照相凹版、丝网印刷等印刷图像，或者对于可改变点子大小的熔融复印式热敏复印图像等，可借助网点的大小来显现复制图像的影调和色调(这也可称为面积影调法)：

(ⅱ)对于升华复印式热敏复印图像、氯化银式热显影复印图像、普通式照相凹版图像等，可通过一定面积的每个像素(例如每一个点)上附着的颜料、染料(色素)等印刷油墨的浓淡来显现影调和色调(这也可称为密度影调法)；

(ⅲ)对于数字式复印机(彩色拷贝等)、印刷机(喷墨式、喷泡式等)或传真等，可通过改变每一定面积的记录密度，例如点子数、油墨粒数和粒子大小等来显现影调(此法与上述(ⅰ)的面积影调法类似)；

(ⅳ)对于视频信号、电视信号、高清晰度图像信号等与图像信息有关的电信号，可调整单位面积的亮度强弱来得到显现图像的显像管图像及因而具有影调的印刷物或硬拷贝；

(ⅴ)不仅是在上述的大致同等的密度(亮度、照度)域内可进行原图像与复制图像间的图像变换处理，而且在空间、亮度、波长和时间等不可见域内可进行摄像，例如原图像的反差低而原图像与复制图像间密度域差小及低照度域内图像信息的输入变换(利用高灵敏度摄像机进行摄像)等情况(这时，与其说是图像的影调变换，不如说看重于图像反差的变换)：

(ⅵ)此外，还可应用于以密度显示和网点面积百分率值显示的具有密度和影调变换机构的密度计、分色前检验用模拟器(例如校正用验器色)和分色教育用模拟器等与印刷有关的设备中。

当将本发明的影调变换式图像特性变换处理法应用于上述各种应用领域时，对于由连续影调(包括硬图像原稿和软图像原稿)得到的关于图像密度的图像信息和(或)图像信息电信号(模拟的或数字的均可)，在上述各种应用领域内设备的图像变换处理部分(影调变换部分)进行处理，并对应于其处理值的y值(影调强度值)来控制设备内记录部分(记录头)的电流值和电压值，或者控制其施加的时间量，以改变网点面积或每单位面积(例如一个像素)的点子数，或者改变每单位面积(例如一个点子)的密度等，使对应于原图像的密度影调，以1∶1地输出网点影调式复制图像。

例如，利用以本发明的影调变换式为基础的图像特性变换处理法制作网点影调式图像的印刷图像原版也即印刷用原版时，应用本行业内众所周知的原有系统就可以，即在市售的电子分色装置(分色扫描器、总体扫描器)等的分色、网版机构中引入本发明的图像变换处理法来予以实现。更具体地说，对于彩色照片等连续影调式图像的原稿图像，照射以小光点，由光电变换部分(光电倍增器)接收其反射光或透射光(图像信息)，将光的强弱变为电压的大小，将所得的图像信息电信号(电气值)用计算机进行必要的整理、加工，再根据计算机输出的已加工的图像信息信号(电压值)来控制曝光光源，然后，对原生胶片照射激光光点，制成印刷用原版。在这种众所周知的原有系统中可以这样做，例如借助于对原稿图像信息电信号进行整理、加工的计算机中的计算处理部分，将个别密度特性曲线调整到与基准密度特性曲线匹配，同时，组编入利用本发明的影调变换式可将连续影调式图像信息电信号变成网点影调式图像信息电信号的软件。这样的软件在将本发明的个别密度特性曲线调整到与基准密度特性曲线匹配的同时，可以有下述各种形态：将上述影调变换式的算法作为软件予以存储，并且，具有A/D(模一数转换)和D/A(数一模转换)接口的通用计算机将算法由通用集成电路具体化为逻辑电路，又有将算法运算结果存储于ROM的电路，将算法作为内部逻辑予以实现的PLA、门电路阵列和专用集成电路。特别是，最近模块化技术的发展，在使本发明的个别密度特性曲线调整到与基准密度特性曲线匹配的同时，对于上述的影调变换式为基础在密度域中能进行图像特性变换处理的运算执行机构，可按专用集成电路，大规模集成电路、微处理器和微型计算机等的模块容易地制作出来。因此，若将光电扫描用的光点顺次地分割成点，并使激光曝光部分与其同步，则可容易地制成具有用上述影调变换式推导出的网点面积百分率值(y)的网点影调式印刷用原版。

此外，按照本发明在图像密度域中进行的图像特性变换处理，通常虽是在输入变换过程中进行的，但不言而喻，在输出变换、记录、传送、解析和显示等任一过程中都可以进行。

附图的简单说明如下。

图1示出了彩色胶片的基本密度特性曲线。图2为基本密度特性曲线上各种原稿图像密度域的说明图。图3为个别密度特性曲线与基准密度特性曲线匹配的原理图。图4(A)为简单匹配时个别密度特性曲线调整到与基准密度特性曲线相匹配的例子，图4(B)为比例匹配时个别密度特性曲线调整得与基准密度特性曲线相匹配的例子。

下面，根据实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不仅限制于此。

为了验证本发明的实效，以图像处理中具有最复杂因素的印刷图像制作为代表性例子，就图像的影调变换也即扫描分解为例进行说明。

(ⅰ)首先，根据彩色胶片感光材料厂(富士公司)一般提供的彩色胶片技术资料上记载的基本密度特性曲线，从中求出原稿图像的个别密度特性曲线及为得到具有所期望图像质量的印刷图像而作为作业基准的基准密度特性曲线。这示于图1中，其纵轴表示彩色胶片密度(D)，横轴表示曝光量(X)。

从图1所示的基本密度特性曲线上求出由X计算D的函数f_D(X)及由D计算X的反函数f_X(D)时，得到下面的表1。表1中，为了尽量确切地规定基本密度特性曲线，对X和D的每个定义域都求出了最佳函数。

表1(基本密度特性曲线的函数表示)

(ⅱ)为了确定个别密度特性曲线，在同一曲线上画出彩色胶片原稿图像的H和S的密度值D_Hn和D_Sn(以下，表示个别密度特性曲线时用下标n)，又为了确定基准密度特性曲线画出预先确定的DH_o(例如是密度值0.20)DS_o(例如是密度值2.80)(以下，表示基准密度特性曲线时用下标o)的值。这种情况示于图2和图3。

(ⅲ)个别密度特性曲线与基准密度特性曲线的匹配，在本实施例中，通过数学处理将上述个别密度特性曲线调整到与基准密度特性曲线匹配：其调整例子正如图3所示的那样进行下述的工作：

①具有DH_n～DS_n密度范围的个别密度特性曲线作为曝光量范围，得到XH_n～XS_n的XR_n。为此，先将个别密度特性曲线上的任意密度信息值D_n值代入函数fD(x)，求出XR_n中的Xn值。

②另一方面，将具有DH_o～DS_o密度范围的基准密度特性曲线作为曝光量范围，得到XH_o～XS_o的XR_o。将先前求出的Xn值调整于XR_o中相应的X_o值上。

③将如此得到的X_o值代入函数fD(x)以求出D_o值(据此，D_n→D_o的变换结束)。

此外图3中原稿图像是曝光不足情况下的摄影，也即示出了X_Ho＜H_Hn的关系。当然，曝光过度时具有与之相反的关系。

此外，如图3所示，调整时必须注意以下情况。即XR_o(标准原稿的曝光量范围)与XR_n(非标准的个别原稿的曝光量范围)不一致虽是正常情况在这种情况下作为调整方法按简单匹配法(使最亮部分密度值匹配到相同值，而不管最暗部分的匹配)或比例匹配法(使最亮部分和最暗部分两者都匹配)本实施例中，采用了两种调整方法，可使个别密度特性曲线与基准密度特性曲线相匹配。

此时，匹配操作中所用的数学式如下：简单匹配时， X_n=f_x(D_n)±|m|比例匹配时：Y_n=〔f_x(DH_o)+〔f_x(D_n)- $f_X\left(D_{\mathrm{Ho}}\right)]\·\frac{X{R}_o}{X{R}_n}\±|m\left|\right]$ m：必要的平行移动量(︳m︳=︳XH_n-XH_o︳)，XR_o:X轴上标准原稿的曝光量范围，XR_n:X轴上非标准的个别原稿的曝光量范围。

(ⅳ)具体的匹配的情况：

关于具体的匹配例，采用三种彩色胶片原稿图像质量的代表性例子，即标准图像(D_Ho=0.20,D_So=2.80)，高调图像(D_Hn=0.10,D_Sn=2.70 )和低调图像质量(D_Hn=0.60,D_Sn=3.20)，其实验结果汇集于表2。

表2个别密度特性曲线与基准密度特性曲线的匹配数据

	No.1(露光不足·低调)				No.2(露光过度-高调)				备注
										原稿D·R	DR=3.20-0.60=2.60				DR=2.70-0.10=2.60				基准密度特性曲线DHo=0.20Dso=2.80DRo=2.60XHo=0.54Xso=2.30XRo=1.76
XRn	XRn=2.80-1.08=1.72				XRn=2.24-0.10=2.14
									XRo/XRn	XRo/XRn=1.76/1.72=1.0233				XRo/XRn=1.76/2.14=0.8224
︳m︳	0.54				0.44
									密发特性曲线	个别		基准		个别		基准
实验数据	Dn	Xn	Xo	Do	Dn	Xn	Xo	Do
									0.60	1.80	0.54	0.20	0.10	0.10	0.54	0.20
	0.80	1.23	0.69	0.27	0.30	0.75	1.07	0.59
									1.00	1.39	0.85	0.37	0.50	1.00	1.28	0.86
	1.20	1.51	0.97	0.47	0.70	1.16	1.41	1.03
									1.40	1.64	1.10	0.63	0.90	1.31	1.54	1.24
	1.60	1.74	1.20	0.76	1.10	1.45	1.65	1.42
									1.80	1.83	1.29	0.87	1.30	1.58	1.84	1.82
	2.00	1.92	1.38	0.99	1.50	1.70	1.86	1.86
									2.20	2.00	1.46	1.11	1.70	1.79	1.93	2.02
	2.40	2.09	1.55	1.26	1.90	1.88	2.00	2.19
									2.60	2.19	1.65	1.42	2.10	1.96	2.07	2.33
	2.80	2.30	1.76	1.64	2.30	2.05	2.14	2.52
									3.00	2.44	1.90	1.95	2.50	2.13	2.21	2.64
	3.20	2.80	2.26	2.73	2.70	2.24	2.30	2.80
									(简单匹配)				(比例匹配)

实验结果表明，将那些个别密度特性曲线按比例地匹配于基准密度特性曲线，使它们一致时，对于照相摄影时曝光量过大的高调图像质量的彩色胶片原稿图像，或是曝光量过小的低调图像质量的彩色胶片原稿图像，都能得到这样的印刷图像，即其图像质量与以标准曝光量摄影而具有标准图像质量的彩色胶片原稿图像进行扫描分解时所得的印刷图像的图像质量相同。此外，对图像最亮部分取相同的座标点，就上述两个密度特性曲线的形状进行对比，结果如图4(A)和图4(B)所示。由图4(A)和图4(B)可以看到，将个别密度特性曲线匹配于基准密度特性曲线时，密度影调特别是最亮部分和最暗部分区域内的密度影调，可以修正得很好。

(ⅴ)关于印刷图像的制成

下面，以上述数据为基础，对标准的、高调的和低调的三种代表性的图像质量的彩色胶片原稿，通过组编有上述密度特性曲线匹配用软件和影调变换式计算用软件的个人计算机PC-9800，利用对彩色胶片原稿进行扫描、并对所得的电信号(图像信息)进行处理的HELL公司生产的DC-360ER扫描器实行分色，根据杜邦公司的克罗马林校色法作出校正的印刷图像，并对其图像质量进行评价。另外，此时的γ值取1.0。

这三个校正的印刷图像几乎彼此相同，也即有相同的影调和相同的色调，白平衡和彩色平衡也都是一致的。此外，细节方面的图像质量也有同样的结果。利用本发明的技术制成的校正印刷图像，对于高调彩色胶片原稿上明亮部分的影调及低调彩色胶片原稿上黑暗部分的影调，均能具有丰富的自然感觉。

此外，对于有许多点色斑的彩色胶片原稿，同样可制作出校正印刷图像，无论彩色胶片原稿图像上哪一个色斑，在作为复制图像的校正印刷图像上都可完全消除。也就是说，可以确认，本发明的技术对消除色斑也能有显著的效果。

根据本发明，可以将图像处理的最初工序中图像密度域内图像特性的变换处理技术，改换成总能确切地制作出具有预定的任意图像质量的复制图像那样的科学而合理的技术，从而可得到如下的效果。

(1)将生产技术和产品质量上会引起不稳定和混乱的、以人们的经验和直觉为基础的以往那种图像特性变换处理技术，也即将图像的影调和色调等进行变换、并对它们进行变更、修改、调整和控制等的技术，改换成科学而合理的技术。

(2)对图像特性的变换处理技术，也即对图像的影调和色调等进行变换、并对它们进行变更、修改、调整和控制等的全部技术，能提供有规则的操作。

因此，对技术、生产率、成本和质量等的提高和稳定，具有很大的贡献。其具体例子列举如下。

1 )可以简化扫描器和模拟器的结构，从而可降低成本。

对于现在的扫描器中，作为必需机构而根据人们的经验和直觉设定的分色特性曲线(网点影调特性曲线)等进行数学式化所用的电子计算机等计算机构，以及这类特性曲线的存储装置，可以不用或做得极简单。

2)在印刷图像制作的制版工序中，花费时间、劳力和费用的繁杂而必需的分色特性曲线(网点影调特性曲线)等的设定手续，也可以不同。

3)尤其，在现在的印刷图像制作工序中，通常必需和容易理解的校正手续也可以不用。

此外，不必使用现在认为是必要和方便的图像形成模拟器，亦能稳定地制作出质量优良的产品。

4)在印刷图像的制作中，不论采图像的质量是标准的或的非标准的，总能以相同的操作手续、相同的作业时间稳定地制作出优良的产品。

因此，能大幅度地缩短制版时间，节省资财，尤其是以往达30～40％的校正作业至少可减少到5％，从而可提高制版工作的效率。

5)对于印刷图像等的复制图像，其影调和色调对人眼视觉而言总能稳定地给出具有合适而自然感的质量。

(3)可以将所有图像处理技术方面的教育和训练课程，改革成为内容上是科学而合理的。

(4)在所有的图像处理中，其图像特性、图像影调，图像反差的变换、变更、调整、控制等的日常操作，都能成为合理而科学的、有计划和有规则的。

(5)对于低照度域内图像反差不足情况下的摄影(图像信息的输入变换)，为增加反差所必需的光量子数累积摄影时间，可以不受到限制；因此，不论摄影对象的运动速度如何，即使在低照度域内摄影，也能得到清晰的图像。

(6)在图像信息处理用集成电路或大规模集成电路等的结构中可使图像信息运算电路的设计合理地简化，并且容易提高其性能。

此外，对于数字图像等处理用的软件的内容，至少在密度域内的图像变换处理中能提高性能，并能简化设计，使软件易于硬件化，从而可显著地降低硬件的成本。

(7)在利用图像识别和图像反差的检验和控制用装置中，用于可任意调整仅仅必要部分的图像反差，所以既能显著地提高这类装置的性能，同时又可降低其制造成本。

(8)在图像信息处理用模拟器和密度计之类的设备中，采用本发明的技术后，在提高其性能质量的同时，对于图像处理系统中这类设备的地位和作用，就统整体的技术而言，能进一步紧密地匹配起来。

(9)所有的图像处理设备，由于构造和机构实现了合理的简化，因而其使用方便性显著地提高。

Claims (4)

1．一种图像影调变换方法，用以对原稿图像进行影调变换以制作复制图像，其特征在于，包括以下步骤：

(ⅰ)规定出原稿图像上最亮部分密度值(Hn)和最暗部分密度值(Sn)以及达到所述的最亮部分密度值(Hn)～最暗部分密度值(Sn)范围的个别密度特性曲线fD_n(x)，其中，在所述个别密度特性曲线fD_n(x)中，x表示与原稿图像和复制图像的密度值(D)有关的曝光量等物理量；

(ⅱ)规定出对人眼视觉而言能给出合适图像质量的复制图像为基准所使用的基准原稿图像上的最亮部分密度值(H_o)和最暗部分密度值(S_o)，以及达到所述的最亮部分密度值(H_o)～量暗部分密度值(S_o)范围的基准密度特性曲线fD_o(x)；

(ⅲ)在将所述的个别密度特性曲线fD_n(x)调整到所述的基准密度特性曲线fD_o(x)的同时，求出与原稿图像上任意像素点(n点)的密度信号值(D_n)相对应的在基准原始图像上调整后的密度信息值(D_o)；

(ⅳ)根据上述那样求得的与原稿图像上任意像素点(n点)的密度信息值(D_n)相对应的在基准原稿图像上调整后的密度信息值(D_o)，应用下述的影调变换式在密度域内进行图像的影调变换：

y=y_H+(α/(α-β))·{1-10^{-k〔Do-Ho〕}}·(y_s-y_H)式中：

〔D_o-H_o〕：基准密度信息值，等于与原稿图像上任意像素点(n点)的密度信息值(D_n)相对应的调整后的密度信息值(D_o)与基准原稿图像最亮部分密度值(H_o)之差值；

y：与原稿图像上任意像素点(n点)相对应的复制图像上的影调强度值；

y_H：在复制图像上最亮部分设定的所希望的影调强度值；

ys：在复制图像上最暗部分设定的所希望的影调强度值；

α：为了显现复制图像所用的基底材料的表面反射率；

β：由β=10^-γ求出的数值；

k：由k=γ/(S_o-H_o)求出的数值；

y：任意值。

2．根据权利要求1所述的图像影调变换方法，其特征在于，在照相密度特性曲线上规定了个别密度特性曲线fD_n(x)和基准密度特性曲线fD_o(x)。

3．根据权利要求1所述的图像影调变换方法，其特征在于，用网点面积百分比分别示出影调强度值(y)、(y_H)、(y_s)。

4．根据权利要求1所述的图像影调变换方法，其特征在于，复制图像是印刷图像。

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